王家塘水库大坝加固前后渗流分析与评价

蒋春艳

（湖南省水利水电科学研究所 长沙市 410007）

黎 峰 张海旭 徐琛琛

（长沙理工大学水利工程学院 长沙市 410114）

1 工程概况

王家塘水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（Ⅰ）型水利工程，由大坝、溢洪道及输水建筑物组成。正常蓄水位101.59m，设计洪水位103.48m，校核洪水位104.08m，死水位为88.89m，下游均无水。大坝为土石坝，坝顶高程105.00m，最大坝高18.11m，坝顶宽6m，上游坝坡坡比 （从上至下）1∶1.86～1∶2.16，下游坝坡坡比（从上至下）1∶2.61～1∶1.84。

大坝坝体施工质量差、坝基未进行防渗处理、无排水棱体。自1958运行至今，当水库在正常蓄水位以上运行时，坝体外坡坡面96m以下开始存在散浸问题，坝基存在3.5m厚的中等透水带，大坝安全级别被工程主管部门评定为三类。针对存在的问题，采取了坝体高喷灌浆、坝基帷幕灌浆及新建排水棱体等防渗加固措施[1]，加固后形成了厚0.6m的坝体高喷防渗墙、坝基防渗帷幕及5m高的排水棱体。

本文采用有限单元法[2,3,4]对水库大坝加固前后的渗流进行计算，对比分析加固前后浸润线、渗流量及逸出点水力坡降的变化[5]，并对防渗加固措施效果进行评价。

2 坝体数值模型及计算工况

2.1 数值模型

为便于对比加固前后浸润线位置、渗流量、水力坡降，渗流计算选用同一典型横剖面作为分析对象，对应的计算实体模型见图1。加固前后模型材料分区见表1，计算网格数值模型见图2。

图1 加固前后实体模型

表1 加固前后计算模型的材料分区

图2 加固前后计算网格模型

2.2 计算工况

选取以下三种工况作为大坝渗流分析的计算工况：

（1）水库水位处于正常蓄水位形成稳定渗流时的下游坝坡渗流状况（工况一）。

（2）水库水位处于设计洪水位形成稳定渗流时的下游坝坡渗流状况（工况二）。

（3）水库水位处于校核洪水位形成稳定渗流时的下游坝坡渗流状况（工况三）。

2.3 计算参数

根据工程资料，各种材料主要物理指标见表2，坝体材料的允许水力坡降为J=0.4。

表2 材料渗透系数

3 坝体渗流有限单元分析

加固前后浸润线位置对比详见图3～图5、渗流量及逸出点水力坡降的对比见表3。

图3 工况一加固前后浸润线位置对比图

图4 工况二加固前后浸润线位置对比图

图5 工况三加固前后浸润线位置对比图

由计算结果可知：

（1）加固前，坝体浸润线位置高，逸出点偏高，正常蓄水位时下游逸出点高程为96.22m，与实际溢出情况非常吻合；加固后浸润线位置显著降低并通过排水棱体逸出。这表明采用的防渗措施对降低浸润线效果显著。

表3 加固前后渗流量与逸出点水力坡降表

（2）加固前，大坝渗流量较大，q=1.728m3/d/m以上；加固后，大坝渗流量明显减小，计算最大可能渗流量q= 0.864m3/d/m。这说明防渗措施对减少坝体渗流量效果明显。

（3）加固前工况三逸出点水力坡降大于坝体材料允许坡降，坝体存在发生渗透破坏的可能；加固后所有工况逸出点坡降均小于允许坡降，大坝渗流稳定满足现行规程规范要求。

（4）坝体渗流有限单元数值计算与实际比较吻合，计算要求能够满足工程需要，并节约时间、节约成本，方便快捷有效。

4 结 语

本文对加固前后王家塘水库大坝典型横剖面进行了渗流计算分析。计算结果表明：加固前浸润线位置偏高、渗流量较大、逸出点水力坡降大于允许坡降、大坝可能发生渗透破坏；通过采用防渗加固措施，浸润线有效降低、渗流量明显减小、坝体溢出坡降满足坝体材料与规范的要求。加固前后的渗流场对比表明：本工程采用的坝体高喷灌浆、坝基帷幕灌浆及新建排水棱体等防渗加固措施是非常有效的。

1 邹玉华.浅谈中小型水库土石坝的除险加固设计 [J].四川水利, 2009 ,5 :52 -54 .

2 李化军,张海旭.胡谷水库坝体渗流分析与安全评价[J].吉林水利, 2010 ,8 :43 -45 .

3 刘杰,武建萍,高丽梅.水库除险加固后土坝的渗流稳定分析[J].内蒙古农业科技,2010 ,(1 ):77 -79 .

4 蒋春艳，常晓林，周伟，用于重力坝抗滑稳定分析的分项系数有限元方法[J].水力发电学报，2006 .4 :16 -20 .

5 JIANG Chunyan, CHANG Xiaolin, YANG Xiaoqing，Stability Safety Analysis of Wuhan Section of Changjiang Dike under Drawdown Conditions [A]. 2006 International Symposium on Safety Science and Technology[C]. 2006.11:2 356-2 360.